Factores determinantes y mecanismos en la programación metabólica de una dieta obesogénica

Abstract

[spa] Una nutrición desequilibrada en etapas críticas del desarrollo, como la gestación y la lactancia, puede dar lugar a ciertas alteraciones en la descendencia que, incluso, pueden ser permanentes a lo largo de la vida y, en particular, se ha demostrado que la alimentación de la madre constituye un factor clave para que la descendencia desarrolle obesidad y enfermedades asociadas en la edad adulta. Al tratar de profundizar en causas o factores más concretos, la investigación que nos ocupa, sobre los efectos de la exposición materna a una dieta obesogénica durante la lactancia, pretendemos discernir entre los efectos en la descendencia asociados a la propia ingesta de la dieta rica en grasa de los de la obesidad materna per se. El objetivo de esta tesis ha sido caracterizar el efecto de la ingesta materna de una dieta obesogénica (dieta de cafetería) durante la lactancia sobre la composición de la leche materna y sobre la salud metabólica de las crías en etapas tempranas de vida y en la edad adulta. Hemos observado que las crías de las madres alimentadas con la dieta obesogénica, a pesar de presentar un menor peso corporal, presentaron una mayor adiposidad, acompañada de alteraciones en la homeostasis de la glucosa, hiperleptinemia, alteraciones del perfil lipídico y un aumento de los niveles circulantes de ácidos grasos libres. El conjunto de estas alteraciones metabólicas que se manifiestan sin ir asociadas a un aumento en el peso corporal corresponde al fenotipo que se conoce con el nombre de “falso delgado”, y pueden relacionarse con cambios en la composición de macronutrientes ingeridos en la dieta que se ven reflejados en la composición de la leche de las madres alimentadas con dieta de cafetería durante la lactancia. Concretamente, el menor peso corporal y crecimiento más lento durante la lactancia que presentan las crías, puede ser debido a la restricción proteica que sufren las madres alimentadas con dieta de cafetería en comparación con los controles. Mientras que la mayor adiposidad puede asociarse con la mayor ingesta lipídica materna que se ve reflejado en la leche. La ingesta materna de una dieta obesogénica, más que la obesidad materna per se, se asocia con cambios en el perfil circulante de triglicéridos (TG) y de ciertos microARN específicos. En cuanto a los TG, la diferencia podría derivar de que la leche de ratas alimentadas con dieta de cafetería contiene más TG, y ello es congruente con que los cambios revierten con la normalización de la dieta antes de la gestación, aunque también es cierto que las reservas de grasa remanentes pueden influir en la composición de TG de la leche en las etapas iniciales de la lactancia. Por otro lado, nuestros resultados sugieren que el incremento en los niveles de miR-222, y la disminución de miR-200a y miR-26a en la leche reflejarían la ingesta de una dieta desequilibrada, más que el exceso de adiposidad materna. Las crías de las madres alimentadas con dieta de cafetería durante la lactancia, ya en etapas tempranas de la vida, presentaron alteraciones en la respuesta a los ciclos de alimentación/ayuno en la expresión génica de genes regulados por la AMPK en el hígado y en tejido adiposo retroperitoneal (rpTAB) y así, en la presente tesis doctoral, se plantea que dichas alteraciones pueden estar mediadas por la desregulación en la isoforma catalítica α1 de la AMPK. Además, también observamos alteraciones en el perfil circulante de acilcarnitinas (AC), particularmente C2, las AC de cadena media y larga, y los aminoácidos glicina, alanina, isoleucina, serina y prolina. Por tanto, proponemos el análisis del perfil de AC y AA en condiciones de alimentación y ayuno como posibles marcadores tempranos de alteraciones metabólicas, de posible utilidad para predecir una mayor susceptibilidad a desarrollar enfermedades metabólicas en la edad adulta. Estas alteraciones observadas en crías de madres alimentadas con dieta de cafetería durante la lactancia, están más relacionadas con la ingesta materna de una dieta desequilibrada que con la obesidad materna per se, ya que la mayoría de alteraciones no se observaron en las crías de las madres a las que se les normalizó la dieta un mes antes de la gestación. Más a largo plazo, las crías de las madres alimentadas con una dieta de cafetería durante la lactancia, a pesar de la normalización de su dieta tras el destete, en la edad adulta presentaron una hipertrofia de los adipocitos del rpTAB, así como alteraciones permanentes en los niveles de expresión de genes relacionados con el metabolismo lipídico (Cd36 y Cpt1b), expansión tisular (Mest) e infiltración de macrófagos (Cd68) en este tejido. Además, el entorno nutricional durante la lactancia alteró la respuesta a la exposición a una dieta obesogénica en la edad adulta. Por una parte, las crías de las madres alimentadas con dieta de cafetería presentaron, en la edad adulta y bajo una dieta obesogénica, alteraciones en la expresión de genes relacionados con el metabolismo lipídico y la termogénesis (menor expresión de Ucp1) en el tejido adiposo marrón, lo que puede relacionarse con una menor capacidad termogénica en estos animales. Por otra parte, las crías machos de madres alimentadas con dieta de cafetería durante la lactancia presentarían una mayor infiltración hepática de macrófagos (sugerido por una mayor expresión de Cd68) en comparación con el grupo control que siguió la misma dieta. En definitiva, los resultados derivados de la presente tesis doctoral sugieren que la ingesta materna de una dieta obesogénica durante la lactancia, más que la obesidad materna per se, tiene efectos perjudiciales a corto y largo plazo sobre la salud metabólica de la descendencia; alteraciones que perduran a lo largo de la vida, aunque las crías tomen una dieta normalizada a partir del destete. Además, nuestros resultados también proponen la evaluación de la capacidad de respuesta a los ciclos de alimentación/ayuno en etapas tempranas para determinar el riesgo a desarrollar enfermedades metabólicas en la edad adulta, así como posibles marcadores tempranos de una mala programación del tejido adiposo durante la lactancia debida a la ingesta materna de una dieta obesogénica como la dieta de cafetería.

[cat] Una nutrició desequilibrada en etapes primerenques del desenvolupament, com són la gestació i la lactància, poden donar lloc a determinades alteracions en la descendència que inclús poden ser permanents al llarg de la vida. En particular, s’ha demostrat que l’alimentació de la mare constitueix un factor clau per a què la descendència desenvolupi obesitat i malalties associades en la edat adulta. Al tractar de profunditzar en les causes o els factors més concrets, en la labor que ens ocupa, sobre els efectes de la exposició materna a una dieta obesogènica durant la lactància, pretenem discernir entre els efectes en la descendència associats a la pròpia ingesta de la dieta rica en greix dels de la obesitat materna per se. L’objectiu d’aquesta tesi ha estat caracteritzar l’efecte de la ingesta materna d’una dieta obesogènica (dieta de cafeteria) durant la lactància en la composició de la llet materna i sobre la salut metabòlica de les cries en etapes primerenques i en l’edat adulta. Hem observat que les cries de les mares alimentades amb una dieta obesogènica, a pesar de presentar un menor pes corporal, presentaren una major adipositat, acompanyada d’alteracions en la homeòstasis de la glucosa, hiperleptinemia, alteracions del perfil lipídic i un augment dels nivells circulants d’àcids grassos lliures. El conjunt d’aquestes alteracions metabòliques que se manifesten sense estar associades a un augment del pes corporal es correspon al fenotip que es coneix amb el nom de “fals prim”, i pot relacionar-se amb canvis en la composició de macronutrients ingerits mitjançant la dieta que es veuen reflectits en la composició de la llet de les mares alimentades amb dieta de cafeteria durant la lactància. Concretament, el menor pes corporal i el creixement més lent durant la lactància que presenten les cries, pot ser degut a la restricció proteica que presenten les mares alimentades amb dieta de cafeteria en comparació amb les controls. Mentre que la major adipositat podria associar-se amb la major ingesta lipídica que presenten les mares que es veu reflectida en la llet. La ingesta materna de una dieta obesogènica, més que la obesitat materna per se, s’associa a canvis en el perfil circulant de triglicèrids (TG) i de certs microARN específics. En relació als TG, la diferència podria derivar de que la llet de les rates alimentades amb dieta de cafeteria conté més TG, i es congruent amb que els canvis reverteixen amb la normalització de la dieta abans de la gestació, encara que també és cert que les reserves de greix maternes poden influir en la composició de TG de la llet en les etapes inicials de la lactància. Per altra banda, els nostres resultats suggereixen que l’increment en els nivells de miR-222, i la disminució de miR-200a i miR-26a en la llet reflectirien la ingesta d’una dieta desequilibrada, més que l’excés d’adipositat materna. Les cries de les mares alimentades amb la dieta de cafeteria durant la lactància, ja en etapes primerenques de la vida, presentaren alteracions en la resposta als cicle de alimentació/dejuni en la expressió gènica de gens regulats per l’AMPK en el fetge i el teixit adipós retroperitoneal (rpTAB) i d’aquesta manera, en la present tesi doctoral, es planteja que les alteracions abans comentades poden ser degudes a la desregulació en la isoforma catalítica α1 de la AMPK. A més, també s’observen alteracions en el perfil circulant d’acilcarnitines (AC), particularment C2, les AC de cadena mitja i llarga, i els aminoàcids glicina, alanina, isoleucina, serina i prolina. Per tant, es proposa l’anàlisi del perfil de AC i AA en condicions d’alimentació i dejuni com a possibles marcadors primerencs d’alteracions metabòliques i de possible utilitat pera predir una major susceptibilitat a desenvolupar malalties metabòliques en la edat adulta. Aquestes alteracions observades en cries de mares alimentades amb una dieta de cafeteria durant la lactància, estan més relacionades amb la ingesta materna d’una dieta desequilibrada que amb la obesitat materna per se, ja que la majoria de les alteracions no es varen observar en les cries de les mares a les que se les va normalitzar la dieta un mes abans de la gestació. Més a llarg termini, les cries de les mares alimentades amb una dieta de cafeteria durant la lactància, a pesar de la normalització de la seva dieta al finalitzar la lactància, en la edat adulta presentaren hipertrofia dels adipòcits en el rpTAB així com alteracions permanents en els nivells d’expressió de gens relacionats amb el metabolisme lipídic (Cd36 i Cpt1b), expansió tissular (Mest) e infiltració de macròfags (Cd68) en aquest teixit. A més, l’entorn nutricional durant la lactància va alterar la resposta a la exposició a una dieta obesogènica en l’edat adulta. Per una part, les cries de les mares alimentades amb la dieta de cafeteria presentaren, en la edat adulta i alimentades amb una dieta obesogènica, alteracions en la expressió de gens relacionats amb el metabolisme lipídic i la termogènesis (menor expressió de Ucp1) en el teixit adipós marró, el que es pot relacionar amb una menor capacitat termogènica. A més, les cries mascles de les mares alimentades amb una dieta de cafeteria durant la lactància presentaren una major infiltració hepàtica de macròfags (suggerit per una major expressió de Cd68) en comparació amb el grup control que va seguir la mateixa dieta. En definitiva, els resultats derivats de la present tesi doctoral suggereixen que la ingesta materna d’una dieta obesogènica durant la lactància, més que la obesitat materna per se, té efectes perjudicials a curt i llarg termini en la salut metabòlica de la descendència; alteracions que perduren al llarg de la vida a pesar de que les cries s’alimentin de una dieta normalitzada desprès de l’alletament. A més, els nostres resultats també proposen l’avaluació de la capacitat de resposta al cicles d’alimentació/dejuni en etapes primerenques per determinar el risc a desenvolupar malalties metabòliques en la edat adulta, així com possibles marcadors primerencs d’una mala programació del teixit adipós durant la lactància degut a la ingesta materna d’una dieta obesogènica com la dieta de cafeteria.

[eng] Unbalanced nutrition at critical stages of development, such as pregnancy and lactation, can lead to alterations in offspring, that could be permanent. In particular, maternal nutrition could be a key factor in the development of obesity and associated diseases in adulthood. In attempting to investigate into more specific causes or factors involving the effects of maternal exposure to an obesogenic diet during lactation, we aim to discern between the effects on offspring associated with the maternal high-fat diet intake from those of maternal obesity per se. The aim of this doctoral thesis has been characterizing the effect of maternal intake of an obesogenic diet (cafeteria diet) during lactation on breast milk composition and the influence on metabolic health of the offspring in early stages of life and in adulthood. We have described that the offspring of dams fed with an obesogenic diet displayed a lower body weight, but greater adiposity, associated with alterations in glucose homeostasis, hyperleptinemia, alterations in lipid profile and an increase in circulating levels of free fatty acids. These metabolic alterations without an increase in body weight were associated with the phenotype "Thin-outside-fat-inside", and these phenotypic traits can be related to changes in macronutrient composition in breast milk of cafeteria diet-fed dams. Specifically, the lower body weight and growth retardation found in the offspring of cafeteria fed dams during lactation could be explained by the protein restriction that suffered the cafeteria fed dams compared with controls. Meanwhile the greater body fat mass can be associated with the higher maternal lipid intake that is reflected in milk composition. Maternal intake of an obesogenic diet, rather than maternal obesity per se, is associated with changes in the circulating triglyceride (TG) profile and certain specific microRNAs. Regarding TG, differences could be derived from the fact that the milk of cafeteria fed dams contains greater TG content, and this is consistent with the fact that these changes revert with the normalization of the diet before gestation, although it is also true that maternal fat reserves can influence the TG composition of milk in the early stages of lactation. On the other hand, our results suggest that the increase in miR222 levels, and the decrease of miR-200a and miR-26a in milk would reflect the intake of an unbalanced diet, rather than the excess of maternal adiposity. The offspring of cafeteria fed dams, already in early stages of life, presented alterations in the response to the cycles of feeding/fasting conditions in the mRNA levels of genes regulated by AMPK in the liver and reroperitoneal white adipose tissue (rpWAT), and therefore, in the present doctoral thesis, it is suggested that these early alterations can be mediated by a deregulation in regulation in the catalytic isoform α1 of the AMPK. In addition, the use of the profile of acylcarnitines and amino acids in blood in feeding and fasting conditions is proposed to be early markers of metabolic alterations and can be used to predict the greater susceptibility to develop metabolic diseases in adulthood. Moreover, we also observed alterations in the circulating profile of acylcarnitines (AC), particularly C2, the medium- and long-chain AC, and the amino acids glycine, alanine, isoleucine, serine and proline. Therefore, we propose the analysis of the profile of AC and AA in feeding and fasting conditions as possible early markers of metabolic alterations, of possible utility to predict a greater susceptibility to develop metabolic diseases in adulthood. These alterations observed in offspring of cafeteria diet-fed dams during lactation are more related to maternal intake of an unbalanced diet than to maternal obesity per se, since most alterations were not observed in the offspring of dams which the diet was normalized one month before gestation. Regarding long-term effects, the offspring of cafeteria diet-fed dams during lactation, despite the normalization of their diet after weaning, in adulthood presented a hypertrophy of rpWAT adipocytes, as well as permanent alterations in the levels of expression of genes related to lipid metabolism (Cd36 and Cpt1b), tissue expansion (Mest) and infiltration of macrophages (Cd68) in this tissue. In addition, nutritional environment during lactation influenced the response to an exposure to an obesogenic diet in adulthood. On the one hand, the offspring of dams fed with a cafeteria diet presented, in adulthood and under an obesogenic diet, alterations in the expression of genes related to lipid metabolism and thermogenesis (lower expression of Ucp1) in brown adipose tissue, which can be related to a lower thermogenic capacity in these animals. On the other hand, the male offspring of cafeteria diet-fed dams during lactation would have a greater hepatic infiltration of macrophages (suggested by a higher expression of Cd68) compared to the control group that followed the same diet. In conclusion, the results derived from the present doctoral thesis suggest that maternal intake of an obesogenic diet during lactation, rather than maternal obesity per se, has detrimental effects in short- and long-term on the metabolic health of the offspring. These alterations last throughout life, although the offspring take a normalized diet after weaning. In addition, our results also propose the evaluation of the ability to respond to feeding/fasting cycles in early stages to determine the risk of developing metabolic diseases in adulthood, as well as possible early markers of malprogramming of adipose tissue during lactation due to maternal intake of an obesogenic diet, such as the cafeteria diet.